(57)【要約】【課題】  低コストで安全性の高い燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  反応ガスとして燃料ガス（水素ガス）と酸化ガスとを供給して発電を行う燃料電池を評価する燃料電池の評価装置（燃料電池システム）において、前記燃料ガスの配管を外側配管１６ａと内側配管１６ｂからなる二重管とし、内側配管１６ｂの内部に燃料ガスを流す。外側配管１６ａと内側配管１６ｂとの間には窒素ガス等の不活性ガスを流す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応ガスとして燃料ガス及び酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料ガスの流通系に、内側配管に前記燃料ガス、外側配管に不活性ガスを流通させる二重管構造を備える燃料電池システム。
【請求項２】
前記外側配管を流通するガスに含まれる燃料ガスを検知する燃料ガス検知部を備える請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記内側配管が樹脂製である請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記二重管構造を前記燃料電池の排気側に備える請求項３に燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応ガスとして燃料ガス及び酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムに係り、特に、燃料ガスの漏出に対する安全性の向上に有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、固体高分子電解質型の燃料電池は、膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ：Membrane-Electrode Assembly）とセパレータとからなるセルを積層して構成されており、そのアノード側電極に水素（燃料ガス）が供給され、カソード側電極に酸素が供給されることで、発電反応が行われる。
【０００３】
このような燃料電池においては、燃料ガスとして水素ガスが用いられているため、取り扱いについては安全性を十分に考慮する必要がある。例えば、特許文献１には、システム内に漏出する燃料ガスをパッケージの上部内壁に設けられたガスセンサにより検出する構成が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２２９１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、たとえパッケージ内であっても、配管から燃料ガスが漏出すると、漏出した燃料ガスがパッケージ内の酸素雰囲気と反応する可能性がある。したがって、燃料電池システムにおいては、燃料ガスの漏出に対する安全性を向上させるために、燃料ガス流通配管の強度を必要以上に高める必要があり、コストが増大するという問題点が生ずる。また、強度を確保すべく金属配管を使用することで、燃料ガス中に金属イオンが不純物として混入する虞もある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、低コストで高い安全性を得ることができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては、上記の課題を解決するために以下の手段を採用した。すなわち、本発明の燃料電池システムは、反応ガスとして燃料ガス及び酸化ガスを用いて発電を行う燃料電池を備えた燃料電池システムであって、前記燃料ガスの流通系に、内側配管に前記燃料ガス、外側配管に不活性ガスを流通させる二重管構造を備える。
【０００７】
このような構成によれば、燃料ガスが流れる内側配管が万が一破損しても、外側配管によって内側配管が覆われているため、内側配管から漏出した燃料ガスが外気に放出されることが防止される。したがって、内側配管の強度を必要以上に高める必要が無くなり、低コスト化が実現可能となる。
【０００８】
前記外側配管を流通するガスに含まれる燃料ガスを検知する燃料ガス検知部を更に備えてもよい。
【０００９】
このような構成によれば、外側配管内、つまり、外側配管と内側配管との間の空間に燃料ガスが漏出した場合に、燃料ガス検知部によるガス漏出が可能となる。この構成において、外側配管内に窒素ガス等燃料ガスと反応しない不活性流体を一端側から他端側に流し、同他端側に燃料ガス検知手段を設けてもよい。これにより、漏出した燃料ガスは不活性流体によって迅速に燃料ガス検知手段に運ばれ、燃料ガスの漏出を素早く検出できる。
【００１０】
前記内側配管が樹脂製であってもよい。
【００１１】
燃料ガスが流通する内側配管が金属製であると、燃料ガスに不純物である金属イオンが混入する虞があるところ、上記の構成によれば、金属イオンが燃料ガス中に放出されることが防止される。
【００１２】
前記二重管構造を前記燃料電池の排気側に備えていてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、燃料オフガスに随伴される水分（例えば、燃料電池のカソード極側からの逆拡散水）中に金属イオンが溶出されることも防止される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、たとえ内側配管から燃料ガスが漏出しても、その外側を覆う外側配管によって、内側配管から漏出した燃料ガスが大気に放出されることが防止されるので、高い安全性を得ることができる。
【００１５】
また、燃料ガスや燃料オフガスに随伴される水分に対する金属イオンの混入を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明に係る燃料電池システムの一実施形態としての燃料電池の評価装置について、図面を参照して説明する。図１に示した燃料電池の評価装置１は、供試体として燃料電池２を評価する装置である。評価装置１は、燃料電池２に対して不図示の水素供給源より燃料ガスとしての水素を供給する水素供給管３、燃料電池２に対して酸化ガスとしての空気を外気より取り込んで供給する空気供給管４とを備える。
【００１７】
燃料電池２では酸素と水素を用いた電気化学反応による発電が行われ、排気ガスとして水素オフガスおよび空気オフガスが排出される。水素オフガスは水素排気管５を介して排気され、空気オフガスは空気排気管６を介して排気される。水素排気管５には、金属製の生成水回収タンク７および背圧弁８が介装され、空気排気管６には、同様に金属製の生成水回収タンク９及び背圧弁１０が介装されている。また符号１５は水素オフガス及び空気オフガスから液体を分離する気液分離器である。
【００１８】
水素排気管５は、燃料電池２から生成水回収タンク７までの上流部５ａが、外側配管１６ａと、該外側配管１６ａ内に同軸に内挿された内側配管１６ｂとからなる二重管構造となっている。内側配管１６ｂの内部に燃料電池２から水素オフガスが排気される。水素オフガスには、燃料電池２で反応しなかった水素ガスが残留している。
【００１９】
外側配管１６ａには、燃料電池２側の一端部に窒素（不活性ガス）を導入するための窒素入口１７が形成され、生成水回収タンク７側の他端部には窒素出口１８が形成されている。窒素出口１８には配管１９ａを介して水素ガス検知器（燃料ガス検知手段）２０が接続され、さらに水素ガス検知器２０は配管１９ｂにより水素排気管５の下流部５ｂに接続している。これにより、窒素出口１８から吐出したガスが配管１９a、水素ガス検知器２０、及び配管１９ｂを経て水素排気管５の下流部５ｂに戻されて排気されるように構成されている。
【００２０】
符号２１、２２はそれぞれ配管１９ｂ及び下流部５ｂに設けられた逆止弁である。外側配管１６a及び配管１９a、１９ｂは金属配管であり、空気排気管６及び内側配管１６ｂは樹脂製である。生成水回収タンク７より下流の下流部５ｂは金属配管となっている。
【００２１】
生成水回収タンク７、９は、生成水ｗを貯留する装置である。生成水ｗは、発電に伴って燃料電池２内で生成され、水素オフガス及び空気オフガスにそれぞれ混入して生成水回収タンク７、９に流入する。生成水回収タンク７、９は金属により形成されており、内側の生成水及びオフガスが触れる領域は樹脂によるコーティング層７ａ、９ａが形成され、不純物である金属イオンが生成水ｗに溶出されないようになっている。また、排水弁７ｂ、９ｂにより適宜生成水ｗがタンクの外部に排出され、不図示の分析機器により生成水中の金属イオンが計測される。
【００２２】
このように構成された本実施形態の燃料電池の評価装置１は、燃料電池２の評価時において、水素供給管３を介して水素を燃料電池２に供給し、また、空気供給管４を介して空気を燃料電池２に供給する。さらに、窒素入口１７に窒素ガスを供給する。これにより、燃料電池２で発電が行われ、排気ガスとして、生成水を含む水素オフガスおよび空気オフガスが、それぞれ内側配管１６ｂおよび空気排気管６によって燃料電池２の外部に排気される。
【００２３】
水素オフガス及び空気オフガスは、気液分離器１５で液体が分離され、生成水回収タンク７、９にて水素オフガス及び空気オフガスに混入した生成水が溜められる。さらに、気体成分は水素排気管の下流部５ｂおよび空気排気管６を通り、不図示の排気処理装置に送られて処理された後、大気に放出される。また、生成水回収タンク７、９から適宜生成水が取り出され、不図示の分析機器によって生成水ｗの分析・評価が行われる。特に生成水に含まれる金属イオンについて計測される。
【００２４】
窒素入口１７には、発電中において連続的に窒素ガスが供給される。窒素ガスは外側配管１６ａと内側配管１６ｂの間の空間を通り、他端側の窒素出口１８から吐出される。吐出ガスは配管１９ａを介して水素ガス検知器２０に導入され、水素ガスの有無が検知された後で配管１９ｂを介して水素オフガスとともに排気される。
【００２５】
万が一、樹脂製の内側配管１６ｂから水素ガスが漏れた場合、水素ガスは図の矢印Ａのように外側配管１６ａ内部の窒素ガスとともに流れ、窒素出口１８から吐出されて水素ガス検知器２０に導入される。水素ガス検知器２０において水素の漏出が検出される。
【００２６】
このように構成された本実施形態の燃料電池の評価装置１は、内側配管１６ｂが樹脂製であるため、金属製の外側配管１６ａよりも耐久性が低い。しかしながら、万が一、内側配管１６ｂから水素が漏れても、外側配管１６ａによって内側配管１６ｂが覆われているため、言い換えれば、二重管構造を採用しているため、水素ガスが大気に放出されることが無い。よって、配管強度を必要以上に高めることなく、低コストで高い安全性を得ることができる。
【００２７】
内側配管１６ｂから漏れた水素ガスは、水素と反応しない窒素ガスにより、水素ガス検知器２０に速やかに導かれ、水素ガスの漏れを迅速に検出することができる。したがって、パッケージ内の雰囲気ガスに含まれる水素ガスを検出する場合に比して、更に高い安全性を得ることができる。
【００２８】
また、空気排気管６及び内側配管１６ｂは樹脂製であり、さらに生成水回収タンク７、９が樹脂によるコーティング層７ａ、９ａを有しているため、不純物である金属イオンがオフガスおよび生成水に放出されず、分析機器によって生成水ｗの正確な評価が可能となる。
【００２９】
さらに、水素ガス検知器２０の動作により、樹脂系配管としての内側配管１６ｂの寿命判定を行うことができる。
【００３０】
＜他の実施形態＞
なお、上記の実施形態においては、燃料電池２から生成水回収タンク７までを二重管とした例について示したが、例えば、燃料電池２に水素を供給する燃料ガス供給配管、燃料電池２から排気された水素オフガスを前記燃料ガス供給配管に戻す燃料オフガス循環配管、及びこの燃料オフガス循環配管から分岐して燃焼オフガスをパージさせる燃料オフガスパージ配管等、水素が流通する他の配管（燃料ガスの流通系）を二重管としてもよい。
【００３１】
また、生成水中の金属イオンを正確に分析できるように内側配管１６ｂを樹脂製としたが、その必要がない場合等においては、金属製など、他の材質であってもよい。いずれの場合でも内側配管が外側配管によって覆われているため、内側配管の強度を必要以上に高める必要が無く、コストを抑えて高い安全性を得ることができる。
【００３２】
また、窒素ガスを流す向きを逆方向としてもよい。また、外側配管１６ａと内側配管１６ｂの間に流すガスとしては窒素ガスに限らず、水素と反応しない流体であれば他の流体でもよい。
【００３３】
また、本実施形態では燃料電池システムとして燃料電池の評価装置を例に挙げて示したが、他の実施形態として燃料電池車に搭載される燃料電池システムや定置用発電システム等に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る燃料電池システムの一実施形態として示した燃料電池の評価装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…燃料電池の評価装置（燃料電池システム）、２…燃料電池、５…水素排気管、１６ａ…外側配管、１６ｂ…内側配管、７…生成水回収タンク、２０…水素ガス検知器（燃料ガス検知手段）
【図１】
2006286273.tif 000003